本發(fā)明屬于離心式壓縮機(jī)模型級(jí)，具體地說是一種水蒸氣壓縮機(jī)模型級(jí)，適用于各類MVR(機(jī)械式蒸汽再壓縮技術(shù))壓縮機(jī)產(chǎn)品的模化設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

在離心壓縮機(jī)的開發(fā)、設(shè)計(jì)過程中，模型級(jí)的開發(fā)十分重要，新產(chǎn)品的開發(fā)依賴于與之對(duì)應(yīng)的新模型級(jí)的開發(fā)。因此，實(shí)際離心壓縮機(jī)的性能指標(biāo)決定于模型級(jí)的性能。

原有模型級(jí)有葉輪能頭較高的優(yōu)勢(shì)，但效率較低，機(jī)組整體耗能較大，同時(shí)由于流量系數(shù)偏小(約為0.054)，實(shí)際使用中效率比較差。在水蒸氣壓縮機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合中，當(dāng)飽和水溫升在6～8℃以上，迫切需要流量系數(shù)大，能頭系數(shù)0.75左右的高能頭閉式模型級(jí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有模型組效率低的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種水蒸氣壓縮機(jī)模型級(jí)，使水蒸氣壓縮機(jī)產(chǎn)品機(jī)組效率得以顯著提高，減少機(jī)組的功耗。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明包括葉輪、無葉擴(kuò)壓器、彎道及回流器，其中葉輪位于模型級(jí)的入口位置，在葉輪的出口設(shè)有無葉擴(kuò)壓器，所述回流器位于模 型級(jí)的出口位置，無葉擴(kuò)壓器與回流器之間通過彎道相連通；所述模型級(jí)的機(jī)器馬赫數(shù)M_u2＝0.4～0.7，流量系數(shù)Φ₁＝0.1～0.2，能頭系數(shù)τ＝0.73～0.78，各馬赫數(shù)下設(shè)計(jì)工況點(diǎn)多變效率η_pol＝0.85～0.878；所述葉輪的葉輪葉片為二元葉片，該葉輪葉片進(jìn)口處為圓角，前10％段為楔形結(jié)構(gòu)，此后均為等厚結(jié)構(gòu)；所述葉輪葉片的吸力面弦長(zhǎng)為201.2mm，壓力面弦長(zhǎng)為197.9mm，所述葉輪進(jìn)口輪蓋型線為一段R＝84.2mm圓弧與一條與鉛垂線夾角為14.66°的直線構(gòu)成，輪轂型線為一條鉛垂線。

其中：所述彎道的進(jìn)出口寬度比b₅/b₄為1.10；

所述機(jī)器馬赫數(shù)M_u2的計(jì)算公式如下：

其中：

u₂—葉輪外徑處的線速度，m/s；

a—葉輪外徑處的音速，m/s；

n—葉輪轉(zhuǎn)速，rpm；

D₂—葉輪出口直徑，m；

Z—壓縮性系數(shù)；

K—絕熱指數(shù)；

R—?dú)怏w常數(shù)，J/(kg·K)；

T_in—葉輪入口溫度，K；

所述流量系數(shù)Ф₁的計(jì)算公式如下：

其中：

Q_in—葉輪入口容積流量，m³/s；

D₂—葉輪出口直徑，m；

u₂—葉輪外徑處的線速度，m/s；

所述多變效率η_pol的計(jì)算公式如下：

其中

K—?dú)怏w絕熱指數(shù)；

P₂—級(jí)出口氣體壓力，Pa；

P₁—級(jí)入口氣體壓力，Pa；

T₂—級(jí)出口氣體溫度，K；

T₁—級(jí)入口氣體溫度，K；

所述能頭系數(shù)τ的計(jì)算公式如下：

其中：

h_tot—總能量頭，m²/s²；

u₂—葉輪外徑處的線速度，m/s；

所述模型級(jí)具有以下設(shè)計(jì)參數(shù)：

(1)葉輪平均直徑D₂＝800mm；

(2)流量系數(shù)Ф₁＝0.12；

(3)入口條件：葉輪入口壓力P_in＝98100Pa，葉輪入口溫度T_in＝293K；

(4)機(jī)器馬赫數(shù)

(5)能頭系數(shù)τ＝0.767；

(6)多變效率η_pol＝0.874；

所述葉輪為閉式的二元流動(dòng)葉輪，二元流動(dòng)葉輪的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

葉輪出口平均直徑D₂＝800mm，葉片數(shù)Z＝19，葉輪相對(duì)出口寬度b₂為葉輪出口寬度，葉輪葉片出口安裝角85.8°；

所述回流器輪轂型線為鉛垂線，輪蓋型線為與鉛垂線成4.51°夾角的直線；所述回流器的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

葉片數(shù)Z＝18，進(jìn)出口相對(duì)位置其中，D₅為回流器入口直徑，D₆為回流器出口直徑。

本發(fā)明中的模型級(jí)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

本發(fā)明具有較高的多變效率。采用以往的90度模型級(jí)設(shè)計(jì)水蒸氣壓縮機(jī)時(shí)，多變效率最高僅能達(dá)到η_pol＝0.79，采用本發(fā)明的模型級(jí)，多變效率達(dá)到η_pol＝0.85～0.878；從而，減少耗功，節(jié)約能源和機(jī)組運(yùn)行成本。同時(shí)與以往的90度模型級(jí)相比，本發(fā)明的模型級(jí)效率高、能頭系數(shù)高(τ＝0.77)、流量系數(shù)大(Φ₁＝0.118)。采用本發(fā)明的模型級(jí)可以使得水蒸氣壓縮機(jī)具有較高的運(yùn)行效率和較寬的工況范圍。同時(shí)本設(shè)計(jì)模型級(jí)葉輪、擴(kuò)壓器和回流器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工成本低，強(qiáng)度高，從而可以為壓縮機(jī)組獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明子午流道示意圖；圖中，1為葉輪，2為無葉擴(kuò)壓 器，3為彎道，4為回流器；

圖2為本發(fā)明二元葉輪葉片示意圖；

圖3為本發(fā)明回流器葉型示意圖；

圖4為模型級(jí)各馬赫數(shù)下多變效率曲線；其中，橫坐標(biāo)為流量系數(shù)，縱坐標(biāo)為多變效率，曲線馬赫數(shù)從低到高分別為M_u2＝0.5、0.6；

圖5為模型級(jí)各馬赫數(shù)下多變效率曲線；其中，橫坐標(biāo)為流量系數(shù)，縱坐標(biāo)為能頭系數(shù)，曲線馬赫數(shù)從低到高分別為M_u2＝0.5、0.6。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明水蒸氣壓縮機(jī)模型級(jí)子午流道的結(jié)構(gòu)如下：

該水蒸氣壓縮機(jī)模型級(jí)位于水蒸氣壓縮機(jī)內(nèi)，包括葉輪1、無葉擴(kuò)壓器2、彎道3及回流器4，葉輪1設(shè)于模型級(jí)的入口位置，在葉輪1的出口設(shè)有無葉擴(kuò)壓器2，回流器4位于模型級(jí)的出口位置，無葉擴(kuò)壓器2與回流器4之間通過彎道3相連通。該葉輪1為閉式的二元流動(dòng)葉輪，葉輪1的葉輪葉片為二元葉片，該葉輪葉片進(jìn)口處為圓角，前10％段為楔形結(jié)構(gòu)，此后均為等厚結(jié)構(gòu)；葉輪葉片的吸力面弦長(zhǎng)為201.2mm，壓力面弦長(zhǎng)為197.9mm，葉輪1進(jìn)口輪蓋型線為一段R＝84.2mm圓弧與一條與鉛垂線夾角為14.66°的直線構(gòu)成，輪轂型線為一條鉛垂線；各尺寸的含義如下：

D₀—蓋盤入口直徑；

D₂—葉輪出口直徑；

D₃—無葉擴(kuò)壓器入口直徑；

D₄—無葉擴(kuò)壓器出口直徑；

D₅—回流器入口直徑；

D₆—回流器出口直徑；

b₂—葉輪出口寬度；

b₃—無葉擴(kuò)壓器進(jìn)口寬度；

b₄—無葉擴(kuò)壓器出口寬度；

b₅—回流器進(jìn)口寬度；

ds—葉輪輪轂直徑；

L—模型級(jí)跨距；

Ls—蓋盤側(cè)葉片軸向跨距；

本實(shí)施例中，D₀＝422mm，D₂＝800mm，D₃＝874mm，D₄＝1280mm，D₅＝1270mm，D₆＝572mm，b₂＝58mm，b₃＝58.4mm，b₄＝60mm，b₅＝64.3mm，ds＝136mm，L＝386.5mm，Ls＝40.75mm。

如圖2所示，二元葉輪葉片的結(jié)構(gòu)如下：

閉式二元葉輪，葉輪出口直徑D₂＝800mm，葉片數(shù)Z＝19，葉輪相對(duì)出口寬度b₂為葉輪出口寬度，葉輪葉片出口安裝角85.8°。

如圖3所示，回流器葉型的結(jié)構(gòu)如下：

回流器葉片數(shù)Z＝18，D₂—葉輪出口直徑，D₅—回流器入口直徑，D₆—回流器出口直徑；葉片入口相對(duì)位置D₅/D₂＝1.588，入口安裝角為89.5°，葉片出口相對(duì)位置D₆/D₂＝0.715，出口安裝角為10.4°。

本發(fā)明中，模型級(jí)的準(zhǔn)確性能由車間性能實(shí)驗(yàn)獲得。試驗(yàn)結(jié)果包括：Mu₂＝0.5、0.6時(shí)的流量系數(shù)Ф₁～多變效率η_pol(如圖4所示)和 流量系數(shù)Ф₁～能頭系數(shù)τ(如圖5所示)。

本實(shí)施例中，MVR壓縮機(jī)模型級(jí)的參數(shù)如下：

(1)按公式：

u₂＝200.3m/s；a＝333.94m/s；n＝4782r/min.；D₂＝0.8m；Z＝1.0；K＝1.4；R＝287.32J/(kg.k)；T_in＝277.23K。

經(jīng)計(jì)算，得到機(jī)器馬赫數(shù)M_u2＝0.5998。

(2)按公式：

Q_in＝11.919m³/s；D₂＝0.8m；u₂＝200.3m/s。

經(jīng)計(jì)算，得到流量系數(shù)Ф₁＝0.1184。

(3)按公式：

K＝1.4；P₂＝130928.912Pa；P₁＝95404.9498Pa；T₂＝308.119K；T₁＝277.229K。

經(jīng)計(jì)算，得到多變效率η_pol＝0.856。

(4)按公式：

h_tot＝Cp(T2-T1)＝31063.29m m²/s²；u₂＝200.3m/s。

經(jīng)計(jì)算，得到能頭系數(shù)τ＝0.776。

實(shí)施例結(jié)果表明，采用本發(fā)明按照所需參數(shù)設(shè)計(jì)的二元閉式葉輪模型級(jí)，使MVR壓縮機(jī)產(chǎn)品效率提高5％以上，從而大幅度降低能耗，因此，具有重要意義和廣泛的應(yīng)用前景。